JP2001223016A - Method to make combustor actuate in fuel cell system - Google Patents

Method to make combustor actuate in fuel cell system

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JP2001223016A
JP2001223016A JP2001013737A JP2001013737A JP2001223016A JP 2001223016 A JP2001223016 A JP 2001223016A JP 2001013737 A JP2001013737 A JP 2001013737A JP 2001013737 A JP2001013737 A JP 2001013737A JP 2001223016 A JP2001223016 A JP 2001223016A
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fuel
combustor
fuel processor
fuel cell
stream
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Japanese (ja)
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Robert W Chalfant
ロバート・ダブリュー・チャルファント
Bruce J Clingerman
ブルース・ジェイ・クリンガーマン
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Motors Liquidation Co
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To judge whether or not such a predicted relationship as the nominal value exists between an actuating parameter of combustor and that of a fuel processor. SOLUTION: This method is related to make the combustor actuate in order to heat a fuel processor in a fuel cell system. The fuel processor generates an abundant current of hydrogen, and a part of the current is used at a fuel cell stack, a part of the current is drained from the stuck and supplied to the combustor, and the first and second currents are supplied to the combustor, and the first current is a fuel flow of hydrocarbons, and the second current is composed of an abundant flow of hydrogen. The present process includes each process which watches the temperature of the fuel processor and adjusts the amount of the first current to the combustor according to the temperature of fuel processor, and which compares the amount of the first current with a predetermined value or values spread in a predetermined range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に係り、より詳しくは、燃料電池スタックで消費するた
めのＨ2の豊富な供給ガスを生成する燃料プロセッサを
加熱する燃焼器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to combustors for heating the fuel processor to generate a rich feed gas of H 2 to be consumed by the fuel cell stack.

【０００２】アメリカ合衆国政府は、米国エネルギー省
により授与された契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−９０ＣＨ１
０４３５に従って本発明に関する権利を有する。[0002] The United States Government has contract number DE-AC02-90CH1 awarded by the United States Department of Energy.
No. 0435, the rights relating to the present invention.

【０００３】[0003]

【従来技術】燃料電池は、多数の用途で電力源として使
用されてきた。例えば、燃料電池は内燃機関に取って代
わるため電気自動車の電力設備で使用するため提案され
てきた。陽子交換膜（ＰＥＭ）型式の燃料電池では、水
素が燃料電池のアノードに供給され、空気が酸化剤とし
てカソードに供給される。ＰＥＭ燃料電池は、薄い陽子
透過性で非導電性の固体ポリマー膜電解質からなる「膜
電極アセンブリ（ＭＥＡ）」を備え、固体ポリマー膜電
解質は、その一方の面にアノード触媒、反対側の面にカ
ソード触媒を有している。ＭＥＡは、一対の導電性エレ
メントの間に挟まれ、該一対の導電性エレメントは、
（１）アノード及びカソード用の電流コレクターとして
役立ち、（２）各々のアノード及びカソードの触媒の表
面に亘る燃料電池ガス状反応物の分配のための適切なチ
ャンネル及び／又は開口を含む。「燃料電池」という用
語は、典型的には、文脈に応じて単一電池及び複数の電
池（スタック）のいずれかに言及するため使用される。
複数の個々の電池は、一般には、燃料電池スタックを形
成するため一緒に束ねられ、一般に、直列に配列されて
いる。スタック内部の各々の電池は、前述した膜電極ア
センブリ（ＭＥＡ）を含み、そのような膜電極アセンブ
リの各々は、その電圧の増分を提供する。スタック内部
で隣接する電池のグループは、クラスターと称される。
スタック内における多数の電池の典型的な配列は、ゼネ
ラル・モーターズ・コーポレーションに譲渡された、米
国特許番号５，７６３，１１３号で説明されている。2. Description of the Related Art Fuel cells have been used as a power source in a number of applications. For example, fuel cells have been proposed for use in electric vehicle power equipment to replace internal combustion engines. In proton exchange membrane (PEM) type fuel cells, hydrogen is supplied to the anode of the fuel cell and air is supplied to the cathode as an oxidant. PEM fuel cells comprise a "membrane electrode assembly (MEA)" consisting of a thin proton-permeable, non-conductive solid polymer membrane electrolyte, the solid polymer membrane electrolyte having an anode catalyst on one side and an opposite side on the opposite side. It has a cathode catalyst. The MEA is sandwiched between a pair of conductive elements, the pair of conductive elements comprising:
(1) Serving as a current collector for the anode and cathode, and (2) including appropriate channels and / or openings for distribution of fuel cell gaseous reactants across the surface of the respective anode and cathode catalysts. The term "fuel cell" is typically used to refer to either a single cell or multiple cells (stack), depending on the context.
A plurality of individual cells are typically bundled together to form a fuel cell stack and are generally arranged in series. Each cell within the stack includes a membrane electrode assembly (MEA) as described above, and each such membrane electrode assembly provides its voltage increment. Groups of cells that are adjacent within the stack are called clusters.
A typical arrangement of multiple cells in a stack is described in U.S. Patent No. 5,763,113, assigned to General Motors Corporation.

【０００４】ＰＥＭ燃料電池では、水素（Ｈ2）がアノ
ード反応物（即ち燃料）であり、酸素がカソード反応物
（即ち酸化剤）である。酸素は、純粋形態（Ｏ2）及び
空気（Ｏ2とＮ2の混合物）のいずれでもよい。固体ポリ
マー電解質は、典型的には例えばフッ化硫酸などのイオ
ン交換樹脂から作られる。アノード又はカソードは、典
型的には細かく分割された触媒粒子を含み、これらの粒
子は、しばしば炭素粒子に担持され、陽子伝達性樹脂で
混合される。触媒粒子は、典型的には、高価な貴金属粒
子である。これらの膜電極アセンブリは、製造する上で
比較的高価であり、効率的な作動のため、適切な水管
理、加湿及び一酸化炭素（ＣＯ）などの触媒汚染要素の
制御を含む幾つかの条件を必要とする。In a PEM fuel cell, hydrogen (H 2 ) is the anode reactant (ie, fuel) and oxygen is the cathode reactant (ie, oxidant). Oxygen can be in either pure form (O 2 ) or air (a mixture of O 2 and N 2 ). Solid polymer electrolytes are typically made from ion exchange resins such as, for example, fluorinated sulfuric acid. The anode or cathode typically contains finely divided catalyst particles, which are often supported on carbon particles and mixed with a proton-transmissive resin. The catalyst particles are typically expensive noble metal particles. These membrane electrode assemblies are relatively expensive to manufacture and require several conditions for efficient operation, including proper water management, humidification, and control of catalytic contaminants such as carbon monoxide (CO). Need.

【０００５】車両の用途に対しては、燃料電池用の水素
源として例えばアルコール（例えばメタノール又はエタ
ノール）或いは炭化水素（例えばガソリン）などの液体
燃料を使用するのが望ましい。車両用のそのような液体
燃料は、車内に蓄えるのが容易であり、液体燃料を供給
するための全国的なインフラストラクチャーが存在す
る。しかしながら、そのような燃料は、燃料電池に燃料
供給するためには、その水素含有成分を解放するように
解離されなければならない。解離反応は、化学燃料プロ
セッサ即ち改質器内部で達成される。燃料プロセッサ
は、１つ又は複数の反応器を含み、該反応器では、燃料
は、主要には水素及び二酸化炭素を含む改質ガスを与え
るため、蒸気及び時として空気と反応する。例えば、蒸
気メタノール改質プロセスでは、理想的には、メタノー
ル及び（蒸気としての）水が水素及び二酸化炭素を生成
するように反応される。実際には、一酸化炭素及び水も
生成される。ガソリンの改質プロセスでは、蒸気、空気
及びガソリンが、２つの区画を含む燃料プロセッサ内で
反応される。そのうちの一つは、主として部分酸化反応
器（ＰＯＸ）であり、他方は、主として蒸気改質器（Ｓ
Ｒ）である。燃料プロセッサは、水素、二酸化炭素、一
酸化炭素及び水を生成する。下流の反応器は、水／ガス
シフト反応器（ＷＧＳ）及び優先酸化反応器（ＰＲＯ
Ｘ）などを含み得る。優先酸化反応器では、二酸化炭素
（ＣＯ2）が、空気から得られる酸素を酸化剤として使
用して、一酸化炭素（ＣＯ）から生成される。ここで、
空気供給の制御は、ＣＯをＣＯ2に選択的に酸化させる
ために重要である。燃焼器は、燃料電池システム内に典
型的に備えられており、必要に応じて、反応器を含む燃
料プロセッサの様々な部分を加熱するため使用される。For vehicle applications, it is desirable to use a liquid fuel such as, for example, an alcohol (eg, methanol or ethanol) or a hydrocarbon (eg, gasoline) as the hydrogen source for the fuel cell. Such liquid fuels for vehicles are easy to store in vehicles and there is a nationwide infrastructure for supplying liquid fuels. However, such fuels must be dissociated to release their hydrogen-containing components in order to fuel a fuel cell. The dissociation reaction is accomplished inside a chemical fuel processor or reformer. The fuel processor includes one or more reactors in which fuel reacts with steam and sometimes air to provide a reformed gas comprising primarily hydrogen and carbon dioxide. For example, in a steam methanol reforming process, ideally, methanol and water (as steam) are reacted to produce hydrogen and carbon dioxide. In practice, carbon monoxide and water are also produced. In a gasoline reforming process, steam, air, and gasoline are reacted in a fuel processor that includes two compartments. One of them is mainly a partial oxidation reactor (POX) and the other is mainly a steam reformer (SOX).
R). The fuel processor produces hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and water. Downstream reactors include a water / gas shift reactor (WGS) and a preferential oxidation reactor (PRO)
X) and the like. The preferential oxidation reactor, carbon dioxide (CO 2) is, by using the oxygen derived from the air as the oxidizing agent, is produced from carbon monoxide (CO). here,
Control of air feed is important to selectively oxidize CO to CO 2. Combustors are typically provided in fuel cell systems and are used to heat various parts of the fuel processor, including the reactor, as needed.

【０００６】ＰＥＭ燃料電池によって消費するための水
素の豊富な改質物を生成するため炭化水素燃料を処理す
る燃料電池システムが知られている。このシステムは、
本発明の代理人であるゼネラル・モーターズ・コーポレ
ーションに各々譲渡されている、１９９７年１１月に出
願された現在係属中の米国特許出願シリアル番号０８／
９７５，４４２号及び０８／９８０，０８７号、並び
に、１９９８年１１月に出願された米国特許シリアル番
号０９／１８７，１２５号で説明されており、更に、１
９９８年３月５日に公開された、国際特許出願番号ＷＯ
９８／０８７７１号で説明されている。典型的なＰＥＭ
燃料電池及びその膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）は、各々
１９９３年１２月２１日に登録された米国特許５，２７
２，０１７号及び１９９４年５月３１日に登録された
５，３１６，８７１号で説明されている。それらの特許
はゼネラル・モーターズ・コーポレーションに譲渡され
ている。[0006] Fuel cell systems are known that process hydrocarbon fuels to produce hydrogen-rich reformates for consumption by PEM fuel cells. This system is
Currently pending US Patent Application Serial No. 08 / filed November 1997, each assigned to General Motors Corporation, the agent of the present invention.
Nos. 975,442 and 08 / 980,087, and U.S. Patent Serial No. 09 / 187,125 filed November 1998;
International Patent Application No. WO published March 5, 998
98/08771. Typical PEM
Fuel cells and their membrane electrode assemblies (MEAs) are disclosed in US Pat. No. 5,27,197, each issued on Dec. 21, 1993.
No. 2,017 and 5,316,871 registered May 31, 1994. These patents have been assigned to General Motors Corporation.

【０００７】燃料電池システムの効率的な作動は、燃焼
器及び燃料プロセッサなどの主要な相互依存構成要素即
ちサブシステムの作動を効率的に制御する能力に依存す
る。燃焼器及び燃料プロセッサの相互依存作動は、各々
特に困難性を持つ制御を与える。燃焼器は、燃料プロセ
ッサが燃料電池用の水素の豊富な供給流れを生成する上
で十分な温度まで燃料プロセッサを加熱する。次に、燃
焼器は、燃料プロセッサからの水素の豊富な流れによっ
て少なくとも部分的には燃料供給される。[0007] The efficient operation of a fuel cell system depends on the ability to efficiently control the operation of key interdependent components or subsystems, such as the combustor and fuel processor. The interdependent operation of the combustor and fuel processor each provide a particularly difficult control. The combustor heats the fuel processor to a temperature sufficient for the fuel processor to generate a hydrogen-rich supply stream for the fuel cell. The combustor is then at least partially fueled by the hydrogen rich stream from the fuel processor.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従って、燃焼器と燃料
プロセッサとの幾つかの一定の作動パラメータの間に公
称値通りに予測される関係が存在するか否かを判定する
方法を提供することが望ましい。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, there is provided a method for determining whether a nominally predicted relationship exists between certain constant operating parameters of a combustor and a fuel processor. Is desirable.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料電池スタ
ックで使用するための水素の豊富な供給流れを生成する
燃料プロセッサを加熱する燃焼器を含む燃料電池システ
ムの作動に向けられている。水素の豊富な供給流れは、
燃料電池スタック内で消費され、これによって電気が生
成される。本発明は、システム内の燃焼器を作動させる
ための新しい方法、特に、燃焼器に入力される燃料を調
整するための改善された方法を提供する。一つの態様で
は、燃焼器に入力される増補の炭化水素燃料は、燃料プ
ロセッサの温度に基づいて調整される。好ましくは、燃
料プロセッサは、触媒ベッドを有する反応器を含み、燃
焼器に入力される燃料は、そのような触媒ベッドの温度
の変化に基づいて調整される。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to the operation of a fuel cell system that includes a combustor that heats a fuel processor that produces a hydrogen-rich supply stream for use in a fuel cell stack. The rich supply flow of hydrogen
It is consumed in the fuel cell stack, which produces electricity. The present invention provides a new method for operating a combustor in a system, and in particular, an improved method for regulating fuel input to the combustor. In one aspect, the augmented hydrocarbon fuel input to the combustor is adjusted based on the temperature of the fuel processor. Preferably, the fuel processor includes a reactor having a catalyst bed, and the fuel input to the combustor is adjusted based on changes in the temperature of such a catalyst bed.

【００１０】一つの態様では、本発明は、燃料プロセッ
サの監視された温度に応じて燃焼器を作動し、燃料プロ
セッサの比較的低い温度を検出し、燃焼器に供給される
炭化水素燃料の量を調整し、燃焼器へのそのような調整
された（燃料流れ）供給量を、所定の燃料流量若しくは
所定範囲の燃料流量と比較するための方法を提供する。
本発明の特徴を更に理解するため、燃焼器、燃料プロセ
ッサ及び燃料電池スタックの間の関係を理解することが
有用である。In one aspect, the present invention operates a combustor in response to a monitored temperature of a fuel processor, detects a relatively low temperature of the fuel processor, and detects the amount of hydrocarbon fuel supplied to the combustor. And a method for comparing such a regulated (fuel flow) supply to the combustor with a predetermined fuel flow or a predetermined range of fuel flow.
To better understand the features of the present invention, it is useful to understand the relationship between the combustor, the fuel processor and the fuel cell stack.

【００１１】燃料プロセッサは、炭化水素から水素の豊
富な生成物（供給流れ）を生成する。燃料プロセッサか
らの水素の豊富な供給流れは、水素を酸素で酸化させる
ことによって電気を生成する燃料電池スタックに供給さ
れる。好ましい始動モードでは、炭化水素燃料の流れ及
び空気の流れが燃焼器に供給される。炭化水素燃料及び
空気は、燃料プロセッサを加熱するように熱を生成する
ため燃焼器内で反応され、即ち、燃焼される。燃焼器内
の燃焼反応の生成物は、燃料プロセッサに供給される好
ましくは、燃料プロセッサ内の１つ又はそれ以上の反応
器は、燃焼器の生成物からの間接的な熱輸送によって加
熱される。燃焼器からの燃焼の生成物が燃料プロセッサ
を加熱し始めた後、炭化水素反応物が燃料プロセッサに
供給される。炭化水素反応物は、燃料プロセッサ内で、
蒸気、空気、又は両者の結合物と反応される。炭化水素
反応物と、蒸気及び／又は空気との間の反応は、電気を
生成するため燃料電池スタック内で利用可能である水素
の豊富な供給流れを生成する。The fuel processor produces a hydrogen-rich product (feed stream) from hydrocarbons. The hydrogen-rich supply stream from the fuel processor is supplied to a fuel cell stack that produces electricity by oxidizing hydrogen with oxygen. In a preferred start-up mode, a stream of hydrocarbon fuel and a stream of air are supplied to the combustor. The hydrocarbon fuel and air are reacted or burned in a combustor to generate heat to heat the fuel processor. The products of the combustion reactions in the combustor are supplied to a fuel processor. Preferably, one or more reactors in the fuel processor are heated by indirect heat transport from the products of the combustor. . After the products of combustion from the combustor begin to heat the fuel processor, hydrocarbon reactants are provided to the fuel processor. The hydrocarbon reactant is provided in a fuel processor.
Reacts with steam, air, or a combination of both. The reaction between the hydrocarbon reactant and the steam and / or air produces a hydrogen-rich feed stream that can be used within the fuel cell stack to produce electricity.

【００１２】一つの態様では、燃料プロセッサがその所
望の温度を達成し、これを維持した後、それは、電気を
生成するため燃料電池スタック内で消費される水素の豊
富な流れを生成する。しかし、燃料電池スタックに供給
される水素の量がシステムから望まれる電力の増分を生
成するため必要とされる量より大きい場合、水素の豊富
な供給流れの少なくとも一部分は、燃料電池スタック内
で消費されず、燃焼器に差し向けられる。水素の豊富な
供給流れのこの余剰部分は、燃料プロセッサを加熱する
ように熱を生成するため燃焼器内の空気の流れと反応さ
れる。In one aspect, after the fuel processor has achieved and maintained its desired temperature, it produces a rich stream of hydrogen that is consumed in the fuel cell stack to produce electricity. However, if the amount of hydrogen supplied to the fuel cell stack is greater than the amount required to produce the desired increase in power from the system, at least a portion of the hydrogen rich supply stream will be consumed within the fuel cell stack. Not directed to the combustor. This excess portion of the hydrogen-rich feed stream is reacted with the flow of air in the combustor to generate heat to heat the fuel processor.

【００１３】従って、本発明は、燃料電池システム内の
燃料プロセッサを加熱するため燃焼器を作動させる方法
を提供し、この方法では、燃料プロセッサは、水素の豊
富な流れを生成し、その一部分が燃料電池スタックで消
費され、他の一部分が燃料電池スタックから排出されて
燃焼器に供給される。従って、第１及び第２の流れが、
燃焼器に供給される。第１の流れは、炭化水素燃料であ
り、第２の流れは、水素の豊富な流れからなる。より詳
しくは、本方法は、燃料プロセッサの温度を監視し、燃
料プロセッサの温度に従って燃焼器への第１の流れの量
を調整し、第１の流れの量を所定値又は所定範囲に亘る
値と比較する、各工程を含む。[0013] Accordingly, the present invention provides a method of operating a combustor to heat a fuel processor in a fuel cell system, wherein the fuel processor produces a hydrogen-rich stream, a portion of which is generated. The fuel is consumed by the fuel cell stack, and another part is discharged from the fuel cell stack and supplied to the combustor. Therefore, the first and second flows are:
Supplied to the combustor. The first stream is a hydrocarbon fuel and the second stream consists of a hydrogen-rich stream. More specifically, the method monitors the temperature of the fuel processor, adjusts the amount of the first flow to the combustor according to the temperature of the fuel processor, and adjusts the amount of the first flow to a predetermined value or a range of values. And comparing each with the steps.

【００１４】別の態様では、本発明に係る方法は、燃焼
器への第１の流れの量が所定値と異なっているとき出力
信号を生成する工程を更に含む。好ましくは、この比較
は、各々の量的調整が取られた後に行われる。好ましく
は、そのような比較は、各調整の前及び／又は後になさ
れるのがよい。所望ならば、第１の流れの量は、所定範
囲の値と比較され、この第１の流れの量の値が所定範囲
外である場合に出力信号を生成するようにしてもよい。In another aspect, the method of the present invention further comprises the step of generating an output signal when the amount of the first flow to the combustor differs from a predetermined value. Preferably, this comparison is made after each quantitative adjustment has been made. Preferably, such comparisons are made before and / or after each adjustment. If desired, the first flow quantity may be compared to a predetermined range of values, and an output signal may be generated if the first flow quantity value is outside the predetermined range.

【００１５】一旦、第１の流れの量が、所定値又は所定
範囲の値と異なっていると判定された場合、様々な修正
処置が可能である。好ましい態様では、本方法は、燃料
プロセッサの温度の減少に応答して、燃焼器への第１の
流れの量を増加させる工程を更に含む。[0015] Once it is determined that the amount of the first flow is different from a predetermined value or a value in a predetermined range, various corrective actions are possible. In a preferred aspect, the method further comprises increasing the amount of the first flow to the combustor in response to the decrease in the temperature of the fuel processor.

【００１６】別の修正処置は、出力信号が生成されたと
き燃料電池スタックの作動を終了させる工程である。遅
延時間と呼ばれる一定時間に亘って出力信号を遮蔽し、
信号の持続時間が一定期間を超えたとき燃料電池スタッ
クの作動を終了させることが可能である。Another corrective action is to terminate operation of the fuel cell stack when the output signal is generated. Shields the output signal for a certain period of time called the delay time,
The operation of the fuel cell stack can be terminated when the duration of the signal exceeds a certain period.

【００１７】好ましい態様では、燃料プロセッサは、触
媒ベッドを有する反応器を含み、燃料プロセッサの監視
された温度がそのようなベッドの温度であるのがよい。
燃料プロセッサの触媒ベッドの温度を監視することによ
って、そのような監視された温度に従って、燃焼器への
第１の流れの供給を調整すべきか否かの判定がなされ
る。In a preferred embodiment, the fuel processor includes a reactor having a catalyst bed, and the monitored temperature of the fuel processor is the temperature of such a bed.
By monitoring the temperature of the catalyst bed of the fuel processor, a determination is made as to whether the supply of the first stream to the combustor should be regulated according to such monitored temperature.

【００１８】要約すると、好ましい態様では、本発明に
係る方法は、燃料プロセッサの比較的低い温度レベルを
判定し、燃焼器に供給される第１の流れの量を増加さ
せ、そのように調整された量を、所望又は所定の、値若
しくは範囲内の値と比較する。In summary, in a preferred embodiment, the method according to the present invention determines a relatively low temperature level of the fuel processor and increases the amount of the first stream supplied to the combustor, so that it is regulated. The amount is compared to a desired or predetermined value or value within a range.

【００１９】本発明の様々な特徴、利点及び他の使用方
法は、次の説明及び添付した図面を参照することによっ
てより明らかとなろう。[0019] The various features, advantages and other uses of the present invention will become more apparent with reference to the following description and accompanying drawings.

【００２０】[0020]

【発明の実施の形態】一実施形態では、本発明は、燃料
プロセッサを燃料電池システム内で所望の温度に加熱す
るため燃焼器を作動させる方法を提供する。ここで、燃
料プロセッサは、電気を生成するための燃料電池内部の
反応のため炭化水素から水素（Ｈ2）を生成する。シス
テム始動モードの一部分として、作動の燃焼器モード
は、燃料プロセッサを加熱するため炭化水素燃料が燃焼
器内で反応されるモードから、燃料プロセッサにより生
成された水素の豊富な供給流れが、システムへ熱を供給
するべく燃焼器に戻り、そこで反応するため再循環され
るモードへと変化する。駆動モードの間、燃料プロセッ
サは、スタックにより消費するため必要とされるよりも
かなり大きい量に燃料電池スタックのための水素の豊富
な供給流れを生成する。ここで、水素の豊富な供給スト
ックの一部分は、上述したように燃焼器に戻って再循環
される。本発明は、燃料プロセッサの温度に基づいて燃
焼器への燃料導入を調整するように作動する方法及び選
択システム設計特徴を提供する。DETAILED DESCRIPTION In one embodiment, the present invention provides a method of operating a combustor to heat a fuel processor to a desired temperature in a fuel cell system. Here, the fuel processor generates hydrogen (H 2 ) from hydrocarbons for a reaction inside the fuel cell to generate electricity. As part of the system start-up mode, the combustor mode of operation may include a mode in which the hydrocarbon fuel is reacted in the combustor to heat the fuel processor, and a hydrogen-rich supply stream generated by the fuel processor to the system. It returns to the combustor to provide heat, where it changes to a recirculated mode to react. During the drive mode, the fuel processor produces a hydrogen-rich supply stream for the fuel cell stack in a much larger amount than required for consumption by the stack. Here, a portion of the hydrogen-rich supply stock is recycled back to the combustor as described above. The present invention provides a method and selection system design features that operate to regulate fuel introduction to a combustor based on fuel processor temperature.

【００２１】本発明の様々な態様は、図１に一例として
示された燃料電池システムを参照して更に理解すること
ができる。従って、本発明を更に説明する前に、作用の
好ましい方法及び装置の特徴がその内部で実施されると
ころのシステムを理解することが有用である。The various aspects of the present invention can be further understood with reference to the fuel cell system shown by way of example in FIG. Therefore, before further describing the present invention, it is helpful to understand the system in which the preferred method and apparatus features of operation are implemented.

【００２２】図１は、燃料電池システムの一例を示して
いる。このシステムは、車両推進用のエネルギー源とし
て車両（図示せず）で使用することができる。本システ
ムでは、炭化水素が、例えば、体積又はモル単位で比較
的高い水素含有量を有する改質ガスを生成するため、改
質及び優先酸化プロセスによって燃料プロセッサで処理
される。従って、水素の豊富な、比較的高い水素含有量
の改質物即ち供給流れが基準とされる。FIG. 1 shows an example of a fuel cell system. The system can be used in a vehicle (not shown) as an energy source for vehicle propulsion. In the system, hydrocarbons are processed in a fuel processor by a reforming and preferential oxidation process to produce a reformed gas having a relatively high hydrogen content, for example, by volume or moles. Thus, a hydrogen-rich, relatively high hydrogen content reformate or feed stream is referenced.

【００２３】以下、本発明は、改質物が作られる方法に
係りなく、Ｈ2の豊富な当該改質物により燃料供給され
る燃料電池の文脈で説明される。本文中で具体化された
原理は、改質可能な炭化水素及び水素含有燃料、例えば
メタノール、エタノール、ガソリン、アルケン、又は、
他の脂肪族若しくは芳香族の炭化水素などを含む任意の
源から得られるＨ2により燃料供給される燃料電池に適
用可能であることが理解されるべきである。In the following, the invention will be described in the context of a fuel cell fueled by the H 2 -rich reformate, regardless of how the reformate is made. The principles embodied in the text are that of reformable hydrocarbon and hydrogen containing fuels, such as methanol, ethanol, gasoline, alkenes, or
It should be understood that it is applicable to a fuel cell fueled with H 2 obtained from any source, including other aliphatic or aromatic hydrocarbons.

【００２４】図１に示すように、燃料電池装置は、改質
可能な炭化水素の燃料の流れ６と、水の流れ８からの蒸
気の形態にある水とを触媒的に反応させるための燃料プ
ロセッサ２を備えている。幾つかの燃料プロセッサで
は、空気は、優先酸化／蒸気改質反応の組み合わせにお
いても使用される。この場合には、燃料プロセッサ２
は、空気の流れ９も受け入れる。燃料プロセッサは、１
つ又はそれ以上の反応器１２を含み、該反応器では、流
れ６内の改質可能な炭化水素燃料が、水素の豊富な改質
物を生成するため、水／流れ８及び時として（流れ９内
の）空気の存在下で解離を経験する。更には、各々の反
応器１２は、１つ又はそれ以上の反応器ベッドを持ち得
る。反応器１２は、１つ又はそれ以上の区分即ちベッド
を持ち、様々な設計が知られ且つ利用可能である。従っ
て、反応器１２の選択及び配置は、変更することができ
る。以下、例として掲げた燃料改質反応器１４及び下流
側の反応器１６を説明する。As shown in FIG. 1, the fuel cell device comprises a fuel for catalytically reacting a reformable hydrocarbon fuel stream 6 with water in the form of steam from a water stream 8. A processor 2 is provided. In some fuel processors, air is also used in a preferential oxidation / steam reforming reaction combination. In this case, the fuel processor 2
Also accepts an air flow 9. The fuel processor is 1
It includes one or more reactors 12 in which the reformable hydrocarbon fuel in stream 6 is combined with water / stream 8 and sometimes (stream 9) to produce a hydrogen-rich reformate. Experiences dissociation in the presence of air (within). Further, each reactor 12 may have one or more reactor beds. Reactor 12 has one or more sections or beds, and various designs are known and available. Accordingly, the selection and arrangement of the reactor 12 can be varied. Hereinafter, the fuel reforming reactor 14 and the reactor 16 on the downstream side will be described as examples.

【００２５】例示によれば、一例としての蒸気／メタノ
ール改質プロセスでは、メタノール及び（蒸気として
の）水は、従来技術の欄で前述したように、水素及び二
酸化炭素を生成するため、反応器１４内で理想的に反応
される。実際には、一酸化炭素及び水も生成される。更
なる例によれば、一例としてのガソリン改質プロセスに
おいて、蒸気、空気及びガソリンが２つの区分を有する
反応器１４を含む燃料プロセッサ内で反応される。反応
器１４の一方の区分は、主要には、部分酸化反応器（Ｐ
ＯＸ）であり、当該反応器の他方の区分は、主要には、
蒸気改質器（ＳＲ）である。メタノール改質の場合のよ
うに、ガソリン改質は、所望の水素を生成するが、加え
て、二酸化炭素、水及び一酸化炭素を生成する。従っ
て、各々の型式の改質の後、生成物の流れの一酸化炭素
含有量を減少させることが望ましい。By way of example, in an exemplary steam / methanol reforming process, methanol and water (as steam) are used to produce hydrogen and carbon dioxide, as described above in the prior art section, in the reactor. 14 is ideally reacted. In practice, carbon monoxide and water are also produced. According to a further example, in an exemplary gasoline reforming process, steam, air and gasoline are reacted in a fuel processor including a reactor 14 having two sections. One section of the reactor 14 is mainly comprised of a partial oxidation reactor (P
OX), and the other section of the reactor is primarily
It is a steam reformer (SR). As in the case of methanol reforming, gasoline reforming produces the desired hydrogen, but in addition produces carbon dioxide, water and carbon monoxide. Accordingly, it is desirable to reduce the carbon monoxide content of the product stream after each type of reforming.

【００２６】従って、燃料プロセッサ２は、例えば水／
ガスシフト（ＷＧＳ）反応器及び優先酸化反応器（ＰＲ
ＯＸ）などの１つ又はそれ以上の下流反応器１６も典型
的に備えており、これらは、従来技術の欄で前述したよ
うに、一酸化炭素から二酸化炭素への生成に使用され
る。好ましくは、水素、二酸化炭素及び水を含む最初の
改質ガスの流れは、許容可能なレベル、例えば２０ｐｐ
ｍ以下にＣＯレベルを減少させるため、優先酸化（ＰＲ
ＯＸ）反応器１６で更に処理される。次に、駆動モード
の間、Ｈ2の豊富な改質物２０は、バルブ３１を通して
燃料電池２２のアノードチャンバーに供給される。これ
と同時に、酸化剤の流れ２４からの酸素（例えば空気）
は、燃料電池２２のカソードチャンバーに供給される。
酸化剤の流れ２４用の空気は、空気供給源、好ましく
は、コンプレッサ３０により供給される。改質物の流れ
２０からの水素及び酸化剤の流れ２４からの酸素は、電
気を生成するため燃料電池２２内で反応する。燃料電池
２２のアノード側からの排出物即ち流出物２６は、未反
応の水素を幾らか含む。燃料電池２２のカソード側から
の排出物即ち流出物２８は未反応の酸素を幾らか含む。Therefore, the fuel processor 2 is, for example,
Gas shift (WGS) reactor and preferential oxidation reactor (PR
One or more downstream reactors 16 such as OX) are also typically provided, which are used for the production of carbon monoxide to carbon dioxide as described above in the prior art section. Preferably, the first reformate gas stream comprising hydrogen, carbon dioxide and water is at an acceptable level, for example 20 pp
m to reduce the CO level to below m.
OX) is further processed in the reactor 16. Next, during the drive mode, the H 2 rich reformate 20 is supplied to the anode chamber of the fuel cell 22 through the valve 31. At the same time, oxygen (eg, air) from oxidant stream 24
Is supplied to the cathode chamber of the fuel cell 22.
The air for oxidant stream 24 is provided by an air supply, preferably compressor 30. Hydrogen from reformate stream 20 and oxygen from oxidant stream 24 react within fuel cell 22 to produce electricity. The effluent or effluent 26 from the anode side of the fuel cell 22 contains some unreacted hydrogen. The effluent or effluent 28 from the cathode side of the fuel cell 22 contains some unreacted oxygen.

【００２７】空気供給源（コンプレッサ３０）からの空
気は、通常の作動条件下ではバルブ３２によって燃料電
池２２に向けられる。しかしながら、始動の間では、バ
ルブ３２は、燃焼器３４の入力通路に直接空気を提供す
るために付勢される。空気は、ライン４６を介して供給
された燃料、好ましくは液体の炭化水素と反応するた
め、燃焼器３４で使用される。燃焼器の熱は、燃料プロ
セッサ２の様々な部分を加熱するため使用される。Air from an air supply (compressor 30) is directed to fuel cell 22 by valve 32 under normal operating conditions. However, during startup, valve 32 is energized to provide air directly to the input passage of combustor 34. The air is used in combustor 34 to react with fuel, preferably liquid hydrocarbons, supplied via line 46. The heat of the combustor is used to heat various parts of the fuel processor 2.

【００２８】燃料プロセッサ２内で発生する反応の幾つ
かは、吸熱性であり、その結果、熱を必要とし、他の反
応は発熱性であり、熱の除去を必要とすることに着目さ
れたい。典型的には、ＰＲＯＸ反応器１６は、熱の除去
を必要とする。反応器１４内の改質反応の一つ又はそれ
以上は、典型的には、吸熱性であり、熱が追加されるこ
とを必要とする。これは、典型的には、反応物、燃料
６、流れ８及び空気９を予め加熱することによって、及
び／又は選択された反応物を加熱することによって達成
される。Note that some of the reactions that occur within fuel processor 2 are endothermic, and consequently require heat, while other reactions are exothermic and require heat removal. . Typically, the PROX reactor 16 requires heat removal. One or more of the reforming reactions in reactor 14 are typically endothermic, requiring additional heat. This is typically achieved by pre-heating the reactants, fuel 6, stream 8 and air 9 and / or by heating selected reactants.

【００２９】燃焼器３４からの熱は、選択された導入反
応物、及び／又は、燃料プロセッサ２の反応器及び反応
器ベッドを加熱するため、ライン３６を介して、差し向
けられる。燃焼器３４は、必要に応じて、間接的な熱輸
送によって、選択された構成部品、燃料プロセッサ２内
の反応器及びベッドの加熱を達成する。典型的には、そ
のような間接的に加熱される反応器１０２は、入口１０
３及び出口１０７を備えた反応チャンバーである（図
３）。反応チャンバー１０５の内部では、これらのベッ
ドは、キャリア部材基体１１０の形態にあり、各々は、
所望の化学反応を達成するための触媒的な活性材料を担
持する第１の表面を有する。第１の表面と反対側にある
第２の表面は、熱いガスからキャリア部材基体１１０へ
の熱輸送のため形成されている。望ましくは、温度モニ
ター「Ｔ」（図３）が、触媒ベッド１１２及び反応物ガ
ス１０３の温度を監視するため使用される。好ましく
は、温度モニターは、触媒ベッド１１２の温度を監視す
る熱電対である。更に加えて、燃焼器３４は、燃料プロ
セッサ２への反応物質として供給される、燃料６、水８
及び空気９を予備加熱するため使用可能である。Heat from combustor 34 is directed via line 36 to heat selected input reactants and / or reactors and reactor beds of fuel processor 2. The combustor 34 achieves heating of the selected components, the reactor in the fuel processor 2 and the bed, if necessary, by indirect heat transport. Typically, such an indirectly heated reactor 102 has an inlet 10
3 and a reaction chamber with an outlet 107 (FIG. 3). Inside the reaction chamber 105, these beds are in the form of a carrier member substrate 110, each of
It has a first surface that carries a catalytically active material to achieve a desired chemical reaction. A second surface opposite the first surface is formed for heat transport from the hot gas to the carrier member substrate 110. Desirably, a temperature monitor "T" (FIG. 3) is used to monitor the temperature of catalyst bed 112 and reactant gas 103. Preferably, the temperature monitor is a thermocouple that monitors the temperature of the catalyst bed 112. In addition, the combustor 34 includes fuel 6, water 8 supplied as reactants to the fuel processor 2.
And for preheating the air 9.

【００３０】燃料プロセッサ２に供給される空気９は、
反応器１２の一つ又はそれ以上において使用され得るこ
とに着目されたい。反応器１４がガソリン改質反応器で
ある場合、ライン９からの空気は反応器１４に供給され
る。ＰＲＯＸ反応器１６もＣＯをＣＯ2に酸化させるた
め空気を利用し、ライン９を介して空気供給源（コンプ
レッサ３０）から空気を受け取る。The air 9 supplied to the fuel processor 2 is
Note that one or more of the reactors 12 may be used. If reactor 14 is a gasoline reforming reactor, air from line 9 is supplied to reactor 14. PROX reactor 16 also utilizes air to oxidize CO to CO 2 and receives air from line air source (compressor 30) via line 9.

【００３１】燃焼器３４は、入口端部４２、排出端部４
４及び両端部の間の触媒区分４８を備えるチャンバー４
１を画成する。始動モードでは、炭化水素燃料は、燃焼
器の中に注入される。炭化水素燃料は、液体形態にある
場合、燃焼器へ注入される前、又は、燃焼器の一区分に
注入される前のいずれかで蒸発されて燃焼用の燃料とし
て分散させるのが好ましい。好ましくは液体炭化水素燃
料として開示されたが、炭化水素は、例えばガスなその
別の形態を取り得ることが理解されるべきである。蒸発
は、電気ヒーターによりなされ得る。一旦、システムが
作動し、燃焼器が加熱された場合、蒸発は、入ってくる
燃料を蒸発させるため燃焼器の排出物からの熱を使用し
て熱交換により発生させることができる。好ましくは、
燃料計量装置４３は、炭化水素の燃料が燃焼器に提供さ
れる率を制御するため提供される。The combustor 34 has an inlet end 42, a discharge end 4
4 with a catalyst section 48 between the two ends
Define 1. In the start mode, hydrocarbon fuel is injected into the combustor. Preferably, the hydrocarbon fuel, when in liquid form, is vaporized and dispersed as fuel for combustion either before being injected into the combustor or before being injected into a section of the combustor. Although preferably disclosed as a liquid hydrocarbon fuel, it should be understood that the hydrocarbon may take another form, such as a gas. Evaporation can be done by an electric heater. Once the system is operating and the combustor is heated, evaporation can be generated by heat exchange using heat from the combustor exhaust to evaporate incoming fuel. Preferably,
A fuel metering device 43 is provided to control the rate at which hydrocarbon fuel is provided to the combustor.

【００３２】炭化水素燃料４６及びアノード流出物２６
は、燃焼器３４の触媒区分４８内で反応され、この区分
は、燃焼器３４の入口端部４２及び出口端部４４の間に
存在する。酸素は、バルブ３２を介して空気供給源（即
ち、コンプレッサ３０）、又は、例えばカソード流出物
の流れ２８などの第２の空気の流れのいずれかから、シ
ステム作動状態に応じて、燃焼器３４に提供される。バ
ルブ５０は、燃焼器の排出物３６が燃料プロセッサ２内
の反応物を加熱するため必要とされないとき、それを大
気に捨て去ることを可能にする。Hydrocarbon fuel 46 and anode effluent 26
Is reacted in the catalyst section 48 of the combustor 34, which section exists between the inlet end 42 and the outlet end 44 of the combustor 34. Oxygen is supplied from either an air supply (ie, compressor 30) via valve 32 or a second air stream, such as cathode effluent stream 28, depending on system operating conditions, depending on system operating conditions. Provided to Valve 50 allows the combustor effluent 36 to be dumped to the atmosphere when it is not needed to heat the reactants in fuel processor 2.

【００３３】図１及び上記説明から理解できるように、
炭化水素の燃料の流れ４６は、燃料電池システムの遷移
状態及び定常状態の必要性に合致させるため、必要とさ
れるとき、燃焼器３４のための燃料であるアノード流出
物２６を増補する。幾つかの状況では、排気ガスは、大
気に解放される前に、レギュレータ３８、停止バルブ１
４０及びマフラー１４２を通過する。図１のシンボル
は、以下の通りである。「Ｖ」はバルブ、「ＭＦＭ」は
流量計、「Ｔ」は温度モニター、「Ｒ」はレギュレー
タ、「Ｃ」は燃料電池のカソード側、「Ａ」は燃料電池
のアノード側、「ＩＮＪ」はインジェクタ、「ＣＯＭ
Ｐ」はコンプレッサ、及び、「Ｐ」は圧力モニターであ
る。As can be understood from FIG. 1 and the above description,
The hydrocarbon fuel stream 46 augments the anode effluent 26, which is the fuel for the combustor 34, as needed, to meet the transition and steady state needs of the fuel cell system. In some situations, the exhaust gas is released to the regulator 38, stop valve 1 before being released to the atmosphere.
40 and the muffler 142. The symbols in FIG. 1 are as follows. "V" is a valve, "MFM" is a flow meter, "T" is a temperature monitor, "R" is a regulator, "C" is a fuel cell cathode side, "A" is a fuel cell anode side, and "INJ" is Injector, "COM
"P" is a compressor and "P" is a pressure monitor.

【００３４】燃料プロセッサ２内の選択された反応器に
より要求される熱量は、燃焼器３４により供給されるべ
きであり、燃料の量、水入力及び究極的には燃料プロセ
ッサ２内の所望の反応温度に依存する。前述したよう
に、ライン９を通過する空気も燃料プロセッサで使用さ
れることがあり、燃料及び水の導入と共に考慮されなけ
ればならない。燃料プロセッサ２の熱要求量を供給する
ため、燃焼器３４は全てのアノード排気物即ち流出物及
び可能ならば幾らかの液体燃料を利用する。エンタルピ
ーの方程式が、燃焼器３４の所望の熱必要量に合致させ
るように燃焼器３４に供給されるべきカソード排気物即
ち空気の量を決定するために使用され、究極的には燃料
プロセッサ２の要求を満足させる。燃焼器３４に提供さ
れる酸素又は空気は、典型的に燃料電池２２のカソード
に供給される全酸素のうちある割合であるカソード流出
排気物２８、及び、コンプレッサ３０からの空気流れの
うち１方又は両方を備えている。これは、当該装置がコ
ンプレッサ空気流れが排他的に用いられる始動モードで
作動しているか或いはカソード流出物２８及び／又はコ
ンプレッサ空気を使用した駆動モードのいずれかで作動
しているかに応じて定まる。駆動モードでは、カソード
流出物２８によっては合致されない燃焼器３４により必
要とされる空気全体、酸素、希釈剤は、燃焼器３４及び
燃料プロセッサ２により各々要求される熱及び温度を満
足させるためのある一定量が、コンプレッサ３０によっ
て供給される。空気の制御は、空気希釈バルブ４７を介
して実行される。このバルブは、燃焼器３４に供給され
るカソード排出物２８の抜き取り量を制御するため可変
のオリフィスを有する、ステッパーモータ駆動型のバル
ブである。The amount of heat required by the selected reactor in the fuel processor 2 should be provided by the combustor 34 and includes the amount of fuel, water input, and ultimately the desired reaction in the fuel processor 2. Depends on temperature. As mentioned above, air passing through line 9 may also be used in the fuel processor and must be considered along with the introduction of fuel and water. To supply the heat demand of the fuel processor 2, the combustor 34 utilizes all anode exhaust or effluent and possibly some liquid fuel. The enthalpy equation is used to determine the amount of cathode exhaust or air to be supplied to combustor 34 to match the desired heat requirement of combustor 34 and ultimately to fuel processor 2. Satisfy requirements. The oxygen or air provided to the combustor 34 is typically one of the cathode effluent exhaust 28, which is a percentage of the total oxygen supplied to the cathode of the fuel cell 22, and the air flow from the compressor 30. Or both. This depends on whether the device is operating in a start-up mode in which compressor airflow is exclusively used or in a drive mode using cathode effluent 28 and / or compressor air. In the drive mode, the total air, oxygen, and diluent required by the combustor 34 that are not matched by the cathode effluent 28 are to satisfy the heat and temperature required by the combustor 34 and the fuel processor 2, respectively. A certain amount is supplied by the compressor 30. The control of the air is executed via the air dilution valve 47. This valve is a stepper motor-driven valve having a variable orifice for controlling the amount of the cathode exhaust 28 withdrawn to the combustor 34.

【００３５】燃料電池装置の上記例では、燃料電池装置
における燃焼器及び始動に関する作動は、次の通りとな
る。燃料電池装置が低温で始動するときの作動の開始時
において、（１）システムに必要となる空気を提供する
ためコンプレッサ３０が外部電源（例えばバッテリー）
から付勢される電気モータによって駆動される。（２）
空気が燃焼器３４に導入される。炭化水素燃料４６（例
えばＭｅＯＨ又はガソリン）が燃焼器３４に注入され
る。（３）空気及び燃料が、燃焼器３４内で反応し、そ
こで、ほぼ完全な燃料の燃焼がもたらされる。（４）燃
焼器３４から出た高温排気ガスは、選択された構成要
素、例えば反応物６、８及び／又は９、並びに、燃料プ
ロセッサ２と連係した反応器１２にライン３６を介して
輸送される。In the above-described example of the fuel cell device, the operation related to the combustor and the starting in the fuel cell device is as follows. At the start of operation when the fuel cell device starts at a low temperature, (1) the compressor 30 is connected to an external power source (for example, a battery) to provide the air required for the system.
Driven by an electric motor energized from the (2)
Air is introduced into the combustor 34. A hydrocarbon fuel 46 (eg, MeOH or gasoline) is injected into the combustor 34. (3) The air and fuel react in the combustor 34, resulting in nearly complete combustion of the fuel. (4) The hot exhaust gas exiting the combustor 34 is transported via line 36 to selected components, such as reactants 6, 8 and / or 9, and the reactor 12 associated with the fuel processor 2. You.

【００３６】一旦、燃料プロセッサ２内の反応器が適切
な温度を達成した場合、改質プロセスが開始する。
（１）バルブ３２が、コンプレッサ３０からの空気を燃
料電池２２のカソード側に差し向けるため作動される。
（２）燃料６及び水８及び／又は空気が、改質反応を開
始するため燃料プロセッサ２に供給される。（３）ライ
ン２０を介して燃料プロセッサ２から出た改質物は燃料
電池２２のアノード側に供給される。（４）燃料電池２
２からのアノード流出物２６が燃焼器３４に向けられ
る。（５）燃料電池２２からのカソード流出物２８が燃
焼器３４に向けられる。（６）燃料４６、空気、カソー
ド流出物２８及びアノード流出物２６が燃焼器３４内で
燃焼される。好ましいシーケンスでは、工程（２）は、
燃焼器に直接空気を供給すると共に、最初に実行され
る。次に、水素の豊富な流れが適切に低いＣＯレベルを
有するとき、工程（１）及び（３）が実行され、引き続
いて工程（４）、（５）及び（６）が実行される。Once the reactor in fuel processor 2 has reached the appropriate temperature, the reforming process begins.
(1) The valve 32 is operated to direct the air from the compressor 30 to the cathode side of the fuel cell 22.
(2) Fuel 6 and water 8 and / or air are supplied to fuel processor 2 to start a reforming reaction. (3) The reformate exiting the fuel processor 2 via the line 20 is supplied to the anode side of the fuel cell 22. (4) Fuel cell 2
The anode effluent 26 from 2 is directed to a combustor 34. (5) The cathode effluent 28 from the fuel cell 22 is directed to a combustor 34. (6) Fuel 46, air, cathode effluent 28 and anode effluent 26 are burned in combustor 34. In a preferred sequence, step (2) comprises:
It is performed first, with the air supplied directly to the combustor. Next, when the hydrogen rich stream has a suitably low CO level, steps (1) and (3) are performed, followed by steps (4), (5) and (6).

【００３７】幾つかの条件の下では、燃焼器３４は、追
加の炭化水素燃料４６の必要無しに、アノード及びカソ
ード流出物単独で作動することができる。そのような条
件の下では、燃焼器３４への燃料の注入は中断される。
他の条件、例えば電力の要求を増加させる条件の下で
は、アノード流出物２６（Ａｏｕｔ）を増補するため燃
料４６が燃焼器３４に提供される。燃焼器３４は、例え
ば、炭化水素燃料４６、並びに、燃料電池２２のアノー
ドからのアノード流出物２６などの多数の燃料を受け取
る。燃料電池２２のカソードからの酸素を使い果たした
排出空気２８及びコンプレッサ３０からの空気も、燃焼
器３４に供給される。Under some conditions, the combustor 34 can operate on anode and cathode effluent alone without the need for additional hydrocarbon fuel 46. Under such conditions, the injection of fuel into the combustor 34 is interrupted.
Under other conditions, such as conditions that increase power demands, fuel 46 is provided to combustor 34 to augment anode effluent 26 (Aout). Combustor 34 receives a number of fuels, such as, for example, hydrocarbon fuel 46 and anode effluent 26 from the anode of fuel cell 22. The exhausted air 28 depleted of oxygen from the cathode of the fuel cell 22 and the air from the compressor 30 are also supplied to the combustor 34.

【００３８】本燃料電池システムの一例によれば、図１
に示されたコントローラ１５０は、図１に示されたシス
テムの様々な態様の作動を制御する。コントローラ１５
０は、任意の適切なマイクロプロセッサ、マイクロコン
トローラ、パーソナルコンピュータなどから構成するこ
とができ、これは制御プログラム及びメモリ中に格納さ
れたデータを実行することが可能な中央処理ユニットを
有する。コントローラ１５０は、図１の任意の構成要素
に特化した専用コントローラであってもよく、或いは、
主要な車両用電子制御モジュールに格納されたソフトウ
ェアで実行されてもよい。更に、ソフトウェアベースの
制御プログラムが上述したように様々な作動モードにお
けるシステム構成要素を制御するため利用可能である
が、このような制御は専用の電子回路によって部分的又
は全て実行されてもよいことが理解されよう。コントロ
ーラ１５０は、インジェクタ４３を制御し、これによっ
て燃焼器３４に供給される炭化水素燃料の率を調整す
る。コントローラ１５０は、圧力及び温度などのシステ
ム内の様々なパラメータも監視する。好ましくは、コン
トローラ１５０は、燃焼器３４への燃料の供給を制御す
るため、インジェクタ４３の作動を調整する。According to one example of the present fuel cell system, FIG.
1 controls the operation of various aspects of the system shown in FIG. Controller 15
0 may comprise any suitable microprocessor, microcontroller, personal computer, etc., having a central processing unit capable of executing control programs and data stored in memory. The controller 150 may be a dedicated controller dedicated to any of the components of FIG. 1, or
It may be executed by software stored in the main vehicle electronic control module. Further, although software-based control programs are available to control system components in various modes of operation as described above, such control may be performed partially or entirely by dedicated electronics. Will be understood. Controller 150 controls injector 43 and thereby regulates the rate of hydrocarbon fuel supplied to combustor 34. Controller 150 also monitors various parameters in the system, such as pressure and temperature. Preferably, the controller 150 coordinates the operation of the injector 43 to control the supply of fuel to the combustor 34.

【００３９】好ましい実施形態では、燃料電池システム
は、車両推進システム６０（図２を見よ）の一部分とし
て燃料電池２２を含む。ここでは、燃料電池システム外
部の回路の一部分６０は、バッテリー６２、電気モータ
６４、及び、駆動用電子機器を含む。この駆動用電子機
器はインバータ６５を含み、燃料電池システム、特に燃
料電池２２と連係された直流から直流への（ＤＣ／Ｄ
Ｃ）コンバータ６１から電気エネルギーを受け取り、そ
れをモータ６４により生成される機械的エネルギーに変
換するように構成及び配置されている。バッテリー６２
は、燃料電池２２により供給された電気エネルギーを受
け取ってこれを蓄え、再生成の空白期間の間にモータ６
４により供給された電気エネルギーを受け取ってこれを
蓄え、及び該電気エネルギーをモータ６４に提供するた
め構成及び配置されている。モータ６４は、車両（図示
せず）の車輪を回転させるため駆動車軸６６に連結され
ている。電気化学的エンジン制御モジュール（ＥＥＣ
Ｍ）７０及びバッテリーパックモジュール（ＢＰＭ）７
１は、例えばスタックの電圧及び電流を含む様々な作動
パラメータを監視するが、これらのパラメータに限定さ
れるものではない。このことは、例えば、バッテリーパ
ックモジュール（ＢＰＭ）７１によって又はＢＰＭ７１
及びＥＥＣＭ７０の両方によって、ＢＭＰ７１により監
視される状態に基づいて車両コントローラ７４に出力信
号（メッセージ）を送るため、なされる。車両コントロ
ーラ７４は、電気モータ６４、インバータ６５を含む駆
動用電子機器、ＤＣ／ＤＣコンバータ６１を制御し、Ｅ
ＥＣＭ７０からの電気パワーレベルを要求する。In a preferred embodiment, the fuel cell system includes fuel cell 22 as part of vehicle propulsion system 60 (see FIG. 2). Here, the part 60 of the circuit outside the fuel cell system includes a battery 62, an electric motor 64, and driving electronics. The drive electronics includes an inverter 65 and direct current to direct current (DC / D) associated with the fuel cell system, and in particular, the fuel cell 22.
C) is configured and arranged to receive electrical energy from converter 61 and convert it into mechanical energy generated by motor 64; Battery 62
Receives and stores the electrical energy supplied by the fuel cell 22 during the blank period of regeneration.
4 is configured and arranged to receive and store the electrical energy provided by 4 and provide the electrical energy to motor 64. The motor 64 is connected to a drive axle 66 for rotating wheels of a vehicle (not shown). Electrochemical engine control module (EEC
M) 70 and battery pack module (BPM) 7
1 monitors various operating parameters, including, but not limited to, stack voltage and current. This can be done, for example, by a battery pack module (BPM) 71 or
And EECM 70 to send output signals (messages) to vehicle controller 74 based on conditions monitored by BMP 71. The vehicle controller 74 controls the electric motor 64, driving electronic devices including the inverter 65, and the DC / DC converter 61.
Request electrical power level from ECM 70.

【００４０】燃料プロセッサ２が水素を生成する前にシ
ステムを始動させるため、燃焼器３４が最初に始動され
る。燃焼器は、好ましくは液体炭化水素燃料である外部
燃料４６の使用によって典型的に加熱される。そのよう
な炭化水素燃料４６は、燃料プロセッサ内の反応物とし
て使用される燃料６と同じであるか、又は、異なってい
るかのいずれであってもよい。コンプレッサ３０による
空気の配給及びインジェクタ４３を通した燃料４６の配
給は、始動モードを開始させる。コンプレッサ３０は空
気の流れを提供し、インジェクタ４３は、燃焼器３４へ
液体炭化水素燃料を提供する。燃焼器３４は、燃料を熱
に転化し、この熱をライン３６を通して燃料プロセッサ
２に配給する。燃料プロセッサ２では、当該熱は、導入
された反応物、燃料６、水８及び／又は空気を予め加熱
し、更に必要に応じて選択された反応器１２を予め加熱
するためにも使用される。そのような予備加熱は、燃料
プロセッサ２内部の適切な熱交換器（図示せず）を使用
して間接的な熱輸送によって典型的になされる。To start the system before the fuel processor 2 produces hydrogen, the combustor 34 is first started. The combustor is typically heated by use of an external fuel 46, which is preferably a liquid hydrocarbon fuel. Such a hydrocarbon fuel 46 may be the same as or different from the fuel 6 used as a reactant in the fuel processor. The distribution of air by the compressor 30 and the distribution of fuel 46 through the injector 43 initiate a start-up mode. Compressor 30 provides a flow of air, and injector 43 provides liquid hydrocarbon fuel to combustor 34. The combustor 34 converts the fuel to heat and delivers this heat to the fuel processor 2 via line 36. In the fuel processor 2, the heat is used to preheat the reactants, fuel 6, water 8 and / or air introduced, and also to heat selected reactors 12 as needed. . Such preheating is typically done by indirect heat transport using a suitable heat exchanger (not shown) inside the fuel processor 2.

【００４１】燃料プロセッサ２が加熱された後、好まし
くは、反応物の一つとして言及される炭化水素燃料６
が、燃料プロセッサ２に注入される。炭化水素反応物６
は、炭化水素反応物を水素（Ｈ2）の豊富な流れに転化
するため、水８（流れ）、空気又はその両方と反応され
る。水素の豊富な供給流れは、例えば水、一酸化炭素及
び二酸化炭素などの他の構成要素も含む。これらのガス
は、前述したように、最終的にはライン１０を通って燃
料電池スタック２２に流れる。After the fuel processor 2 is heated, preferably the hydrocarbon fuel 6 referred to as one of the reactants
Is injected into the fuel processor 2. Hydrocarbon reactant 6
Is reacted with water 8 (stream), air or both to convert the hydrocarbon reactant to a hydrogen (H 2 ) rich stream. The hydrogen rich feed stream also contains other components such as, for example, water, carbon monoxide and carbon dioxide. These gases ultimately flow through line 10 to fuel cell stack 22, as described above.

【００４２】駆動モードの間でさえ、スタック２２は、
燃料プロセッサ２により生成された水素供給流れの全て
を消費せず、水素供給流れの一部分は、スタック２２を
通過し、燃焼器３４に流れ込む。この一部分は、流出物
と称される。燃焼器３４は、このポイントで水素の豊富
なスタック流出物及びインジェクタ４３を通して提供さ
れた液体炭化水素燃料４６の両方を受け取る。液体燃料
は、燃料プロセッサの温度に従って調整される。インジ
ェクタ４３を通して注入される液体燃料４６の量が調整
される。それが、アノード流出物２６を最初に含む水素
の加熱値を使用するため好ましいからである。液体燃料
は燃料プロセッサ温度に基づき必要に応じて増補され
る。Even during the drive mode, the stack 22
Without consuming all of the hydrogen supply stream generated by the fuel processor 2, a portion of the hydrogen supply stream passes through the stack 22 and flows into the combustor 34. This part is called the effluent. The combustor 34 receives at this point both the hydrogen-rich stack effluent and the liquid hydrocarbon fuel 46 provided through the injector 43. The liquid fuel is adjusted according to the temperature of the fuel processor. The amount of liquid fuel 46 injected through the injector 43 is adjusted. This is because it is preferable to use the heating value of hydrogen which initially contains the anode effluent 26. Liquid fuel is augmented as needed based on fuel processor temperature.

【００４３】幾つかの因子が、燃料電池、燃料プロセッ
サ及び燃焼器の間の関係に影響を及ぼす。燃焼器により
生成される熱、燃料プロセッサにより要求される熱及び
燃料プロセッサによる水素の豊富な供給流れの消費は、
全てシステム作動の間の変動に曝されている。更に詳し
くは、燃料プロセッサ２による水素の豊富な供給流れの
生成、及び、スタック２２によるそのような流れの消費
は、燃焼器３４に利用可能な水素の量に影響を及ぼす。
燃焼器３４に利用可能なそのような水素の量に影響を及
ぼすシステム内の他の因子、例えば、水素の流れの迂
回、又は、燃料プロセッサ２内の触媒ベッド１１２の低
下なども存在する。Several factors affect the relationship between the fuel cell, fuel processor and combustor. The heat generated by the combustor, the heat required by the fuel processor and the consumption of the hydrogen-rich feed stream by the fuel processor are:
All are subject to fluctuations during system operation. More specifically, the generation of a hydrogen-rich feed stream by fuel processor 2 and the consumption of such a stream by stack 22 affect the amount of hydrogen available to combustor 34.
There are also other factors in the system that affect the amount of such hydrogen available to the combustor 34, such as bypassing the flow of hydrogen, or reducing the catalyst bed 112 in the fuel processor 2.

【００４４】上記説明から、燃焼器に注入される液体燃
料は、必要に応じて水素（Ｈ2）を増補するので、時間
軸上の様々なポイントで、必要とされるそのような注入
燃料の量を決定しなければならないことが理解できよ
う。そのような量は、燃焼器に提供される水素の量に依
存する。燃焼器に提供される水素の量は、推測に基づい
ている。換言すれば、燃料プロセッサが水素を作ると
き、燃料プロセッサにより作られる水素の量は、典型的
には、測定されるというよりもむしろ推定される。従っ
て、燃料プロセッサからスタックに送られる水素の量
は、通常、推定量である。更に、電力を生成するためス
タックにより消費される水素の量は、典型的には、測定
されるというより推定される。従って、燃焼器により最
終的に受け取られる水素の量は、２つの推定値に基づい
ている。燃料プロセッサにより生成される水素の予測流
量と、スタックによる予測水素消費量と、が存在し、こ
れらの差によって燃焼器に送られる水素燃料の予測量が
存在する。燃焼器に提供される水素の量と、これとの差
によって燃焼器により必要とされる増補の炭化水素燃料
の量とを予測する、そのような方法は、システムが公称
モードで機能している限り、良好に機能する。ここで、
名目上、燃料プロセッサによる水素生成、スタックによ
る消費、燃焼器に供給される量は、全て、確立された及
び／又は予測可能な範囲即ち一定の関係内にある。From the above description, it can be seen that the liquid fuel injected into the combustor augments hydrogen (H 2 ) as needed, so that at various points on the time axis such required injected fuel is It will be understood that the amount has to be determined. Such an amount depends on the amount of hydrogen provided to the combustor. The amount of hydrogen provided to the combustor is based on speculation. In other words, when the fuel processor makes hydrogen, the amount of hydrogen made by the fuel processor is typically estimated rather than measured. Thus, the amount of hydrogen delivered from the fuel processor to the stack is typically an estimated amount. Further, the amount of hydrogen consumed by the stack to produce power is typically estimated rather than measured. Thus, the amount of hydrogen ultimately received by the combustor is based on two estimates. There is a predicted flow rate of hydrogen produced by the fuel processor and a predicted hydrogen consumption by the stack, and there is a predicted amount of hydrogen fuel delivered to the combustor due to the difference therebetween. Such a method of predicting the amount of hydrogen provided to a combustor and the amount of augmented hydrocarbon fuel required by the combustor due to the difference is such that the system is operating in a nominal mode. As long as it works well. here,
Nominally, hydrogen production by the fuel processor, consumption by the stack, and the amount supplied to the combustor are all within an established and / or predictable range or relationship.

【００４５】しかしながら、水素の迂回、燃料プロセッ
サの触媒ベッドの汚染又は他の出来事など、システム内
部で変動が生じた場合、困難が生じる。この状況では、
燃焼器により受け取られた水素の量は、予測されたより
も低くなり得る。水素の生成が予測されるよりも高い場
合のシナリオを想定することも可能であるが、本発明
は、主要には、燃焼器により受け取られた水素の量が予
測されたよりも低くなる状況に向けられている。そのよ
うな状況が発生した場合、一般に、燃料プロセッサの触
媒ベッドの温度が比較的低い温度にある早期の段階であ
ることは明白であろう。これらの事象のシーケンスは以
下の通りとなる。燃焼器は、より少ない燃料を受け取っ
て始動する。即ち、燃焼器により受け取られる水素の量
は、幾つかの理由のため減少する。燃焼器への空気流れ
の制御は、燃焼器の温度が低下しないように、該燃焼器
への燃料の流れの新しいレベルに従って調整される。し
かし、燃焼器に供給される燃料の形態で入力されるエネ
ルギーのトータルの量は比較的低い。従って、燃焼器は
その内部温度を維持するように持続するが、燃焼器の熱
出力は、減少される。その結果、燃料プロセッサのある
一定の部分の間接的な熱輸送による抽出用に利用可能な
熱量は、より少なくなる。However, difficulties arise when fluctuations occur within the system, such as by-passing hydrogen, contaminating the catalyst bed of the fuel processor, or other events. In this situation,
The amount of hydrogen received by the combustor may be lower than expected. Although it is possible to envision scenarios where the production of hydrogen is higher than expected, the present invention is primarily directed to situations where the amount of hydrogen received by the combustor is lower than expected. Have been. When such a situation occurs, it will generally be apparent that the temperature of the catalyst bed of the fuel processor is at an early stage at a relatively low temperature. The sequence of these events is as follows: The combustor starts receiving less fuel. That is, the amount of hydrogen received by the combustor is reduced for several reasons. Control of the air flow to the combustor is adjusted according to the new level of fuel flow to the combustor so that the temperature of the combustor does not drop. However, the total amount of energy input in the form of fuel supplied to the combustor is relatively low. Thus, while the combustor continues to maintain its internal temperature, the heat output of the combustor is reduced. As a result, less heat is available for indirect heat transport extraction of certain portions of the fuel processor.

【００４６】燃焼器及び燃料プロセッサの作動のモード
の特定の分析によって、燃焼器への水素の配給が予測さ
れたよりも少なくなる場合、燃焼器の温度は、必ずしも
低下するわけではないが、燃焼器により燃料プロセッサ
に供給される熱エネルギーの量は、少なくなり、燃料プ
ロセッサの触媒ベッドの低温度状態は、通常予測される
ものとは異なる作動状態の前兆であると決定された。触
媒ベッド温度のそのような減少への応答は、燃料プロセ
ッサが冷え始めたことを示す出力信号の生成である。こ
の状況への応答は、燃焼器への炭化水素液体燃料（増補
の燃料）の量の増加である。これは、燃焼器が、燃料プ
ロセッサへの熱エネルギーの量を増加させて供給するこ
とを可能にする。しかし、システムが、触媒ベッド温度
の減少に基づいて増補の燃料流れの量を増加させること
を可能とされる場合、システムは、特定の診断がなされ
ることなく、問題に応答することを可能とされる。例え
ば、そのような閉ループ修正は、燃料プロセッサ温度の
低下を補償するため燃焼器への増補の燃料流れを増加さ
せるが、理解できるように、増補の燃料の注入は、増加
量が注入されるまで続行される。従って、燃焼器３４内
に注入される増補燃料量は、所定値又は所定範囲内の値
と比較する必要がある。従って、本発明の方法によれ
ば、燃料プロセッサの構成要素、好ましくは触媒ベッド
１１２の低温度の存在を警告し、信号を提供することが
可能となる。低温度という問題の存在を警告し、更に、
一定の制限内で増補の燃料を注入し、次いでそのような
調整が所定範囲外に落ちたとき信号を生成することの両
方をなすことも可能である。従って、本発明の方法は、
燃料プロセッサ２の低温度問題の存在を信号出力すると
共に、温度を調整し増補燃料量が予測値又は所定値を超
えた場合に信号を出力するためインジェクタ４３により
注入された増補の燃料を供給開始又は増加することによ
って、そのような低温度状態に応答するという柔軟性を
提供する。手短に言えば、本発明は、温度低下の事象即
ち比較的低い温度状態であることを信号出力し、修正処
置を取り、当該修正処置が適切であるか否かを決定する
能力を提供する。If the specific analysis of the mode of operation of the combustor and the fuel processor results in less than expected delivery of hydrogen to the combustor, the combustor temperature will not necessarily decrease, but the combustor temperature will decrease. Has reduced the amount of thermal energy supplied to the fuel processor, and it has been determined that the low temperature condition of the catalyst bed of the fuel processor is a precursor to a different operating condition than normally expected. The response to such a decrease in catalyst bed temperature is the generation of an output signal indicating that the fuel processor has begun to cool. The response to this situation is an increase in the amount of hydrocarbon liquid fuel (augmented fuel) to the combustor. This allows the combustor to provide an increased amount of heat energy to the fuel processor. However, if the system is allowed to increase the amount of augmented fuel flow based on a decrease in catalyst bed temperature, the system will be able to respond to the problem without specific diagnostics being made. Is done. For example, such a closed-loop correction would increase the augmented fuel flow to the combustor to compensate for the decrease in fuel processor temperature, but as can be appreciated, the injection of the augmented fuel will take place until the increased amount is injected. Continued. Therefore, it is necessary to compare the supplementary fuel amount injected into the combustor 34 with a predetermined value or a value within a predetermined range. Thus, the method of the present invention allows for alerting and providing a signal of the presence of a low temperature of a fuel processor component, preferably catalyst bed 112. Warns of the problem of low temperatures,
It is also possible to inject augmented fuel within certain limits and then both to generate a signal when such adjustment falls outside a predetermined range. Thus, the method of the present invention
In addition to outputting a signal indicating the low temperature problem of the fuel processor 2 and starting to supply the supplemental fuel injected by the injector 43 to adjust the temperature and output a signal when the supplementary fuel amount exceeds a predicted value or a predetermined value. By increasing, or by providing, the flexibility to respond to such low temperature conditions. Briefly, the present invention provides the ability to signal a low temperature event, ie, a relatively low temperature condition, take corrective action, and determine whether the corrective action is appropriate.

【００４７】一例として、そのような修正処置のシーケ
ンスは以下の通りとなる。増補の燃料注入率が、インジ
ェクタ４３において、２ｇｍｓ／秒に設定されたと仮定
しよう。注入された燃料はメタノール又はガソリンであ
る。コントローラが、燃料プロセッサ２の触媒ベッド１
１２の温度が、予測された名目の作動温度と比較して５
℃のオーダーで低下したことを検出する。その結果、信
号が送られる。その後、修正処置が取られる。例えば、
７ｇｍｓ／秒の注入率で燃料注入を実行してもよい。次
に、コントローラは、７ｇｍｓ／秒の新たな注入率がシ
ステムの所定モードの作動に基づいて許容できるか否か
を判定する。７ｇｍｓ／秒の注入率が許容可能な所定範
囲内にあるか、又は、所定の最大値以下である場合、当
該修正処置が維持される。しかし、７ｇｍｓ／秒の注入
率が所定範囲外にあるか、又は、所定の最大値を超えた
場合、例えばシステムにかかる負荷を減少させ、又は、
システムを停止させるため、他の修正処置を取ることが
必要となり得る。一連の修正的調整は、注入の増加レベ
ルが所定範囲外にあるか又は所定の最大値を超えると判
定される前まで、インジェクタ４３における燃料注入率
においてなすことができることは明らかである。As an example, the sequence of such a corrective action is as follows. Suppose that the augmented fuel injection rate was set at 2 gms / sec in injector 43. The injected fuel is methanol or gasoline. The controller is the catalyst bed 1 of the fuel processor 2
Twelve temperatures were 5 compared to the predicted nominal operating temperature.
It is detected that the temperature has decreased in the order of ° C. As a result, a signal is sent. Thereafter, corrective action is taken. For example,
Fuel injection may be performed at an injection rate of 7 gms / sec. Next, the controller determines whether a new infusion rate of 7 gms / sec is acceptable based on the predetermined mode of operation of the system. If the infusion rate of 7 gms / sec is within an acceptable predetermined range or below a predetermined maximum, the corrective action is maintained. However, if the injection rate of 7 gms / sec is outside the predetermined range or exceeds a predetermined maximum value, for example, the load on the system is reduced, or
Other corrective actions may need to be taken to bring down the system. Obviously, a series of corrective adjustments can be made in the fuel injection rate at the injector 43 until it is determined that the level of increase of the injection is outside the predetermined range or exceeds the predetermined maximum.

【００４８】要約すると、燃料電池システム内の燃料プ
ロセッサ２の温度を監視し、燃プロセッサ２の監視され
た温度に従って、燃焼器３４に供給される増補の燃料量
を制御するための独自の方法及び装置が開示された。本
発明に係る監視及び制御の方法及び装置は、燃料プロセ
ッサの低温度状態を判定し、そのような低温度状態であ
ることを信号出力し、更に、燃焼器に注入される増補の
燃料量を供給開始又は増加させることによってそのよう
な低温度状態に応答して修正処置を取るため特に有用で
ある。本発明は、低温度状態の判定及び燃料注入の供給
開始若しくは増加に適合されるとき特に有用性を持って
いるが、比較的高い温度状態が観察され、増補の燃料の
減少若しくは終了が適切であるとき、本発明の範囲内で
類似の調整をなすことは、当業者にとって明らかであろ
う。いずれにしても、最も広い態様では、本発明は、燃
料プロセッサ２内部の温度状態を監視し、燃料プロセッ
サの温度に従って、燃焼器３４への増補燃料量を調整す
る能力を提供する。本発明は、その後、増補の燃料量を
所定値若しくは所定範囲の値と比較する能力を提供す
る。In summary, a unique method and method for monitoring the temperature of the fuel processor 2 in a fuel cell system and controlling the amount of augmented fuel supplied to the combustor 34 in accordance with the monitored temperature of the fuel processor 2 An apparatus has been disclosed. The monitoring and control method and apparatus according to the present invention determines a low temperature condition of a fuel processor, signals such a low temperature condition, and furthermore, augments the amount of supplemental fuel injected into the combustor. It is particularly useful to take corrective action in response to such low temperature conditions by starting or increasing feed. The present invention has particular utility when adapted to the determination of low temperature conditions and the start or increase of fuel injection, but relatively high temperature conditions are observed and the reduction or termination of augmented fuel is appropriate. At times, it will be apparent to one skilled in the art that similar adjustments may be made within the scope of the present invention. In any event, in its broadest aspect, the present invention provides the ability to monitor temperature conditions within fuel processor 2 and adjust the amount of augmented fuel to combustor 34 according to the temperature of the fuel processor. The invention then provides the ability to compare the augmented fuel quantity to a predetermined value or range of values.

【００４９】本発明は、その幾つかの実施形態の観点で
説明されたが、本発明は、上記例に限定されるものでは
なく、請求の範囲によってのみその範囲を限定される。
独占排他的な権利が請求される本発明の実施形態は、請
求の範囲で画定される。Although the present invention has been described in terms of some embodiments thereof, the present invention is not limited to the above examples, but is limited only by the scope of the appended claims.
The embodiments of the invention in which an exclusive right is claimed are defined in the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】図１は、本発明に従って作動される、燃焼器、
燃料プロセッサ及び燃料電池スタックを含む燃料電池シ
ステムを示す図である。FIG. 1 shows a combustor operated in accordance with the present invention;
FIG. 2 is a diagram illustrating a fuel cell system including a fuel processor and a fuel cell stack.

【図２】図２は、利用用途の手段に接続された、図１の
燃料電池スタックの図である。FIG. 2 is a diagram of the fuel cell stack of FIG. 1 connected to means of use;

【図３】図３は、反応器の内部区分の部分斜視図であ
る。FIG. 3 is a partial perspective view of an internal section of the reactor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ 燃料プロセッサ ６ 燃料の流れ ８ Ｈ2Ｏの流れ ９ 空気の流れ １２、１４ 燃料改質反応器 １６ シフト反応器、優先酸化反応器 ２０ Ｈ2の豊富な改質物 ２２ 燃料電池 ２４ 酸化剤（空気；酸素）の流れ ２６ アノード流出物 ２８ カソード流出物 ３０ コンプレッサ ３１ バルブ ３２ バルブ ３４ 燃焼器 ３６ 燃焼器の排出物 ３８ レギュレータ ４１ チャンバー ４２ 入口端部 ４３ インジェクタ（燃料計量装置） ４４ 出口端部 ４６ 炭化水素燃料 ４７ 空気希釈バルブ ４８ 触媒区分 ５０ バルブ ６０ 車両推進システム ６１ ＤＣ／ＤＣコンバータ ６２ バッテリー ６４ モータ ６５ インバータ ６６ 駆動車軸 ７０ 電気化学的エンジン制御モジュール ７１ バッテリーパックモジュール ７４ 車両コントローラ １０２ 反応器 １０３ 反応物ガスの入口 １０５ 反応チャンバー １０７ 出口 １１０ キャリア部材基体 １１２ 触媒ベッド １４０ 停止バルブ １４２ マフラー １５０ コントローラ2 Fuel Processor 6 Fuel Flow 8 H 2 O Flow 9 Air Flow 12, 14 Fuel Reforming Reactor 16 Shift Reactor, Priority Oxidation Reactor 20 H 2 Rich Reform 22 Fuel Cell 24 Oxidant (Air Oxygen flow 26 anode effluent 28 cathode effluent 30 compressor 31 valve 32 valve 34 combustor 36 combustor effluent 38 regulator 41 chamber 42 inlet end 43 injector (fuel metering device) 44 outlet end 46 hydrocarbons Fuel 47 Air dilution valve 48 Catalyst section 50 Valve 60 Vehicle propulsion system 61 DC / DC converter 62 Battery 64 Motor 65 Inverter 66 Drive axle 70 Electrochemical engine control module 71 Battery pack module 74 Vehicle controller 102 Reactor 103 Reactant Gas inlet 105 Reaction chamber 107 Outlet 110 Carrier member base 112 Catalyst bed 140 Stop valve 142 Muffler 150 Controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブルース・ジェイ・クリンガーマン アメリカ合衆国ニューヨーク州14522，パ ルマイラ，ルート・トゥエンティーファー スト・ノース 1855 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Bruce Jay Klingerman, Route Twentyfirst North, Palmyra, 14522, New York, USA 1855

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 燃料電池システム内の燃料プロセッサを
加熱するため燃焼器を作動させる方法であって、該燃料
プロセッサは、水素の豊富な流れを生成し、該流れの一
部分は燃料電池スタックで消費され、該流れの他の一部
分は該燃料電池スタックから排出されて前記燃焼器に供
給され、第１及び第２の流れが前記燃焼器に供給され、
該第１の流れは炭化水素の燃料流れであり、該第２の流
れは前記水素の豊富な流れからなり、 前記方法は、 前記燃料プロセッサの温度を監視し、 前記燃料プロセッサの温度に従って前記燃焼器への前記
第１の流れの量を調整し、 前記第１の流れの量を所定値又は所定範囲に亘る値と比
較する、各工程を含む方法。1. A method of operating a combustor to heat a fuel processor in a fuel cell system, wherein the fuel processor generates a hydrogen-rich stream, a portion of the stream being consumed by a fuel cell stack. Another portion of the stream is discharged from the fuel cell stack and provided to the combustor, and first and second streams are provided to the combustor;
Wherein the first stream is a hydrocarbon fuel stream and the second stream comprises the hydrogen-rich stream; the method comprising: monitoring the temperature of the fuel processor; Adjusting the amount of the first flow to the vessel and comparing the amount of the first flow to a predetermined value or a value over a predetermined range. 【請求項２】 前記燃料プロセッサの温度の減少に応答
して、前記燃焼器への前記第１の流れの量を増加させる
工程を更に含む、請求項１に記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising increasing the amount of the first flow to the combustor in response to a decrease in the temperature of the fuel processor. 【請求項３】 前記第１の流れの量が前記所定値又は所
定範囲に亘る値と異なっているとき出力信号を生成する
工程を更に含む、請求項１に記載の方法。3. The method of claim 1, further comprising generating an output signal when the amount of the first flow differs from the predetermined value or a value over a predetermined range. 【請求項４】 前記出力信号が生成されたとき、前記燃
料電池スタックの作動を終了させる工程を更に含む、請
求項３に記載の方法。4. The method of claim 3, further comprising terminating operation of the fuel cell stack when the output signal is generated. 【請求項５】 前記出力信号を一定期間に亘って遮蔽
し、該出力信号の出力期間が前記一定期間を超えたとき
前記燃料電池スタックの作動を終了させる工程を更に含
む、請求項４に記載の方法。5. The method according to claim 4, further comprising a step of shielding the output signal for a certain period of time, and terminating the operation of the fuel cell stack when the output period of the output signal exceeds the certain period. the method of. 【請求項６】 前記第１の流れの量が前記所定値より大
きい場合、出力信号を生成する工程を更に含む、請求項
１に記載の方法。6. The method of claim 1, further comprising generating an output signal if the first flow amount is greater than the predetermined value. 【請求項７】 前記第１の流れの量が前記所定範囲に亘
る値以外の値である場合、出力信号を生成する工程を更
に含む、請求項１に記載の方法。7. The method of claim 1, further comprising the step of generating an output signal if the first flow amount is a value other than a value that spans the predetermined range. 【請求項８】 前記第１の流れは、前記第２の流れが前
記燃焼器に供給される前に、前記燃焼器に供給され、該
第１の流れの供給量が前記燃料プロセッサの温度の増加
に応答して減少される、請求項１に記載の方法。8. The first stream is provided to the combustor before the second stream is provided to the combustor, and the supply of the first stream is a temperature of the fuel processor. The method of claim 1, wherein the method is decreased in response to the increase. 【請求項９】 前記燃料プロセッサは、触媒ベッドを有
する反応器を含み、監視される前記温度は、該触媒ベッ
ドの温度である、請求項１に記載の方法。9. The method of claim 1, wherein the fuel processor includes a reactor having a catalyst bed, and wherein the monitored temperature is the temperature of the catalyst bed.
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